结构体和固体氧化物型燃料电池堆制造技术

本发明专利技术提供一种能够确保结合强度的结构体，并提供一种使用该结构体的固体氧化物型燃料电池堆。结构体具有：多孔质烧结体，该多孔质烧结体包括了由多个粒子连接而成的粒子连续体；金属构件，该金属构件由金属材料形成；以及结合层，该结合层将所述多孔质烧结体和所述金属构件结合，并且包括了包含金属元素的多个结合粒子。在结构体中，多个结合粒子的一部分通过烧结与粒子连续体一体化，金属材料的一部分金属元素扩散到结合粒子中，结合粒子所包含的一部分金属元素扩散到金属构件中。在包括结构体的固体氧化物型燃料电池堆中，多孔质烧结体为阳极，金属构件为集电体，结合层为将阳极和集电体结合的连接部。

Structure and solid oxide fuel cell stack

【技术实现步骤摘要】
结构体和固体氧化物型燃料电池堆
本专利技术涉及结构体和固体氧化物型燃料电池堆。
技术介绍
以往，已知用接合材料将多孔质烧结体和金属构件接合而成的结构体。例如，在专利文献1中，公开了一种结构体，作为应用于蜂窝结构体等的结构体，包括多孔质陶瓷、金属构件、以及侵入到多孔质陶瓷的细孔内并将该多孔质陶瓷和金属构件接合的氧化物陶瓷的接合部。在该结构体中，作为多孔质陶瓷，使用由SiC和Si形成有细孔的复合材料。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2014/148534号说明书然而，若想要将氧化物陶瓷和金属构件接合，无论使用何种活性物质，都需要在能够防止金属构件氧化的气氛下进行高温烧成。因此，将现有技术的结构体作为例如制造时在空气气氛等氧化气氛下进行烧成的固体氧化物型燃料电池的结构体应用是困难的。此外，在现有技术的结构体中，由于必须使用SiC和Si形成的复合材料作为多孔质陶瓷，因此也限制了该结构体的应用范围。因此，期望一种能够通过与现有技术不同的结构来确保结合强度的结构体。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述技术问题作出的，目的在于提供一种能够确保结合强度的结构体，并且提供一种使用该结构体的固体氧化物型燃料电池堆。根据本专利技术的一方式，提供一种结构体，具有：多孔质烧结体，该多孔质烧结体包括由多个粒子连接而成的粒子连续体；金属构件，该金属构件由金属材料形成；以及结合层，该结合层将上述多孔质烧结体和上述金属构件结合，并且包括了包含金属元素的多个结合粒子，多个上述结合粒子的一部分通过烧结与上述粒子连续体一体化，上述金属材料的一部分金属元素扩散到上述结合粒子中，上述结合粒子所包含的一部分金属元素扩散到上述金属构件中。根据本专利技术的其他方式，提供一种包括上述结构体的固体氧化物型燃料电池堆，具有：单电池，该单电池包括阳极、固体电解质以及阴极；集电体，该集电体对上述单电池的上述阳极侧的面进行支承；以及连接部，该连接部将上述单电池的上述阳极和上述集电体结合，上述结构体中的上述多孔质烧结体为上述阳极，上述结构体中的上述金属构件为上述集电体，上述结构体中的上述结合层为上述连接部。在上述结构体中，结合层的结合粒子通过烧结与多孔质烧结体的粒子连续体一体化。因此，根据上述结构体，能通过烧结反应在结合层与多孔质烧结体之间得到牢固的结合。另外，根据上述结构体，构成多孔质烧结体的材料不像现有技术那样地限定于SiC和Si形成的复合材料。此外，在上述结构体中，形成金属构件的金属材料的一部分金属元素扩散到结合粒子中，结合粒子所包含的一部分金属元素扩散到金属构件中。即，在上述结构体中，金属材料的一部分金属元素与结合粒子的一部分金属元素相互扩散，从而结合层和金属构件处于通过扩散接合而结合的状态。因此，根据上述结构体，能在结合层与金属构件之间得到牢固的结合。因此，根据上述结构体，能够确保较高的结合强度。上述固体氧化物型燃料电池堆具有上述结构。在上述固体氧化物型燃料电池堆中，单电池的阳极和集电体经由连接部牢固地结合。因此，根据上述固体氧化物型燃料电池堆，能够长时间地确保稳定的集电性。附图说明图1是示意地示出第一实施方式的结构体的说明图。图2是示意地示出第一实施方式的结构体的微观结构的剖视图。图3示出了第一实施方式的结构体的一部分制造工序，(a)是示意性地示出烧成前的层叠时的结构体的状态的剖视图，(b)是示意性地示出氧化气氛中烧成后的结构体的状态的剖视图，(c)是示意性地示出还原处理后的结构体的状态的剖视图。图4是示意地示出第二实施方式的结构体的微观结构的截面的说明图。图5是示意性地示出第三实施方式的固体氧化物型燃料电池堆所具有的单位单元的剖视图。图6是示出了在实验例1中制出的固体氧化物型燃料电池堆用的结构体的沿着厚度方向的截面(一部分)的扫描式电子显微镜(SEM)图像。图7是示出了在实验例1中制出的结构体中的结合层与多孔质烧结体的结合界面的周边(一部分)的SEM图像。图8是示出了在实验例1中制出的结构体中的结合层与多孔质烧结体的结合界面的周边(一部分)的SEM图像。图9是示出了用SEM-EDX观察在实验例1中制出的结构体中沿着厚度方向的截面，并在结构体的厚度方向上对各层的主要成分进行了线分析的结果的图。图10是示出了实验例1中结合层的厚度与接合强度的关系的图。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的优选实施方式进行说明。另外，当后续实施方式具有与前述实施方式相对应的结构要素时，标注相同的符号并省略重复的说明。此外，当在各实施方式中仅对结构的一部分进行说明时，存在对该结构的其他部分使用在前说明了的实施方式的参照符号的情况。即使在没有明确指出可以通过各实施方式具体地进行组合的情况下，只要对该组合不特别产生阻碍，则也能将实施方式彼此局部组合。此外，为了便于说明，适当地强调图中各构件的大小，该构件的大小不表示构件的实际尺寸和构件之间的比例。(第一实施方式)使用图1～图3对第一实施方式的结构体进行说明。如图1至图3所示，本实施方式的结构体1具有多孔质烧结体2、由金属材料形成的金属构件3、以及将多孔质烧结体2和金属构件3结合的结合层4。多孔质烧结体2包括多个粒子连接而成的粒子连续体20。如图2所示，在本实施方式中，粒子连续体20可以包括例如多个金属粒子21。此外，粒子连续体20除了金属粒子21之外还可以包括多个陶瓷粒子22等粒子。此外，多孔质烧结体2能通过在粒子连续体20的周围包括气孔23而形成为多孔质。作为金属粒子21，可以例示例如Ni粒子、Ni合金粒子等。作为陶瓷粒子22，可以例示例如稳定的氧化锆粒子等。作为稳定的氧化锆，可以例示例如氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、氧化钪稳定的氧化锆(ScSZ)。另外，上述所说的“稳定的”包括“局部稳定的”。虽然多孔质烧结体2中的金属粒子21和陶瓷粒子22的比例不作特别限定，但是例如金属粒子21和陶瓷粒子22的质量比为60：40～20：80，优选为55：45～30：70。另外，虽然金属粒子21的平均粒径不作特别限定，但是例如是0.3～3.0μm，优选为0.5～2.0μm。虽然陶瓷粒子22的平均粒径不作特别限定，但是例如是0.3～3.0μm，优选为0.5～2.0μm。另外，在本说明书中，平均粒径是用扫描式电子显微镜(SEM)观察并通过获取图像解析得到的粒度分布的累积度数分布表示50％时的粒径(直径)d50。金属构件3由金属材料形成。作为金属材料，从耐热性、元素扩散等观点来看，可以优选使用含有Cr(铬)的合金。作为含有Cr的合金，可以例示例如Fe-Cr合金、Ni-Cr合金和Ni-Cr-Si合金等。例如，金属构件3可以呈例如板状、框状、管状等形状。图1中例示了呈板状形状的金属构件3。另外，图1中例示了金属构件3在厚度方向上具有多个贯通孔30。从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构体，其特征在于，具有：/n多孔质烧结体，该多孔质烧结体包括粒子连续体，该粒子连续体是多个粒子连接而成的；/n金属构件，该金属构件由金属材料形成；以及/n结合层，该结合层将所述多孔质烧结体和所述金属构件结合，并且包括了包含金属元素的多个结合粒子，/n多个所述结合粒子的一部分通过烧结与所述粒子连续体一体化，/n所述金属材料的一部分金属元素扩散到所述结合粒子中，/n所述结合粒子所包含的一部分金属元素扩散到所述金属构件中。/n

【技术特征摘要】
20181114 JP 2018-2138961.一种结构体，其特征在于，具有：
多孔质烧结体，该多孔质烧结体包括粒子连续体，该粒子连续体是多个粒子连接而成的；
金属构件，该金属构件由金属材料形成；以及
结合层，该结合层将所述多孔质烧结体和所述金属构件结合，并且包括了包含金属元素的多个结合粒子，
多个所述结合粒子的一部分通过烧结与所述粒子连续体一体化，
所述金属材料的一部分金属元素扩散到所述结合粒子中，
所述结合粒子所包含的一部分金属元素扩散到所述金属构件中。


2.如权利要求1所述的结构体，其特征在于，
所述粒子连续体包含多个金属粒子，
所述金属材料的一部分金属元素扩散到多个所述金属粒子的一部分中。


3.如权利要求1所述的结构体，其特征在于，
所述金属粒子包含Ni元素。


4.如权利要求1所述的结构体，其特征在于，
所述粒子连续体包含多个陶瓷粒子，
所述陶瓷粒子包含稳定氧化锆。


5.如权利要求2所述的结构体，其特征在于，
所述结合粒子包含了与所述粒子连续体的所述金属元素所包含的金属元素中的一种以上相同的金属元素。


6.如权利要求1所述的结构体，其特征在于，
所述结合层包含了与所述金属材料相比蠕变强度更高的材料。


7.如权利要求1所述的结构体，其特征在于，
所述结合粒子所包含的金属元素是在制造所述结构体时在氧化气氛烧成期间能与所述粒子连续体交换氧的元素。


8.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：人见卓磨，伯川和树，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：日本;JP